变电站操作虚拟场景更新方法、装置以及仿真操作培训系统与流程

本发明涉及电力系统仿真技术领域，特别是涉及一种变电站操作虚拟场景更新方法、装置以及仿真操作培训系统。

背景技术：

目前国内基于三维漫游的电力仿真培训系统经过初期的探索，现已有多套系统投入使用。但电力系统中电气设备类型众多，装置接线复杂，操作涉及一次设备和二次设备等众多设备。

因此在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：目前传统已有的系统大多只能模拟电力系统局部的场景和设备，仅能够提供设备巡视的实景漫游，无法实现一次和二次系统的联动操作虚拟场景的更新，因此不能实现真实的电站运行环境和工况模拟，导致在变电站操作的培训过程中，操作者在虚拟场景中操作设备时，无法了解某项操作对哪些线路或设备造成影响，有什么样的影响，以及相关线路瞬态过程如何等信息，影响实际的培训效果。

技术实现要素：

基于此，有必要针对传统技术不能实现真实的电站运行环境和工况模拟，导致影响实际培训效果的问题，提供一种变电站操作虚拟场景更新方法、装置以及仿真操作培训系统。

为了实现上述目的，一方面，本发明实施例提供了一种变电站操作虚拟场景更新方法，包括以下步骤：

在确认虚拟变电站系统当前出现暂态过程或暂态过程结束进入稳态时，对虚拟变电站系统进行暂态仿真，生成仿真数据；仿真数据包括虚拟变电站系统中一次模拟系统与二次模拟系统的电力运行参数；

根据仿真数据，变更一次模拟系统、二次模拟系统的设备模型参数；

根据预设的二次模拟系统保护条件，在确认变更了设备模型参数后的一次模拟系统与二次模拟系统发生联动操作时，控制一次模拟系统中相关的一次设备模型、二次模拟系统中相关的二次设备模型动作；

基于动作的结果，更新一次设备模型、二次设备模型的模型属性数据；

根据更新的模型属性数据，相应更新培训终端中虚拟变电站系统的当前虚拟场景。

一方面，本发明实施例还提供了一种变电站操作虚拟场景更新装置，包括：

暂态仿真单元，用于在确认虚拟变电站系统当前出现暂态过程或暂态过程结束进入稳态时，对虚拟变电站系统进行暂态仿真，生成仿真数据；仿真数据包括虚拟变电站系统中一次模拟系统与二次模拟系统的电力运行参数；

变更设备参数单元，用于根据仿真数据，变更一次模拟系统、二次模拟系统的设备模型参数；

控制动作单元，用于根据预设的二次模拟系统保护条件，在确认变更了设备模型参数后的一次模拟系统与二次模拟系统发生联动操作时，控制一次模拟系统中相关的一次设备模型、二次模拟系统中相关的二次设备模型动作；

更新属性数据单元，用于基于动作的结果，更新一次设备模型、二次设备模型的模型属性数据；

虚拟场景更新单元，用于根据更新的模型属性数据，相应更新培训终端中虚拟变电站系统的当前虚拟场景。

另一方面，本发明实施例还提供了一种变电站仿真操作培训系统，包括依次连接的培训终端、仿真装置以及模型存储装置；

培训终端向仿真装置输出仿真操作命令，由仿真装置根据仿真操作命令引发模型存储装置中的虚拟变电站系统当前出现暂态过程；仿真操作命令包括故障设置命令和仿真控制命令；

仿真装置在确认虚拟变电站系统当前出现暂态过程或暂态过程结束进入稳态时，对虚拟变电站系统进行暂态仿真，生成仿真数据；仿真数据包括虚拟变电站系统中一次模拟系统与二次模拟系统的电力运行参数；并根据仿真数据，变更一次模拟系统、二次模拟系统的设备模型参数；以及根据预设的二次模拟系统保护条件，在确认变更了设备模型参数后的一次模拟系统与二次模拟系统发生联动操作时，控制一次模拟系统中相关的一次设备模型、二次模拟系统中相关的二次设备模型动作；基于动作的结果，更新一次设备模型、二次设备模型的模型属性数据；根据模型属性数据，相应更新培训终端中虚拟变电站系统的当前虚拟场景。

本发明具有如下优点和有益效果：

本发明变电站操作虚拟场景更新方法、装置以及仿真操作培训系统，可以将虚拟现实沉浸式交互培训课件、根据实际变电站构建的三维仿真模拟场景和变电站一、二次系统相结合，在设备模拟操作中根据需要模拟变电站运行的动态过程，实时展现暂态过程造成的线路或设备影响，实现全方位一体化的培训。本发明能够真实再现变电站的实际运行情况，实现一次和二次系统的联动操作虚拟场景的更新，而不仅仅是模拟一个或几个场景，本发明可以使操作培训更加真实。通过一、二次系统的联动仿真，使培训更加贴近工作实际，可实现将培训场景直接套用在日常工作中，培训效果更加显著。

附图说明

图1为本发明变电站操作虚拟场景更新方法实施例1的流程示意图；

图2为本发明变电站操作虚拟场景更新方法实施例1中一次、二次系统联动操作的仿真流程示意图；

图3为本发明变电站操作虚拟场景更新装置实施例1的结构示意图；

图4为本发明变电站仿真操作培训系统实施例1的结构示意图；

图5为本发明变电站仿真操作培训系统实施例2的系统架构示意图；

图6为本发明变电站仿真操作培训系统实施例2中沉浸式变电站仿真培训系统的架构示意图；

图7为本发明变电站仿真操作培训系统实施例2中一体化联动仿真系统的架构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明变电站操作虚拟场景更新方法、装置以及仿真操作培训系统一具体应用场景说明：

一次系统可以指直接用于生产、输送和分配电能的生产过程的高压电气设备。它可以包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等。由一次设备相互连接，构成发电、输电、配电或进行其他生产过程的电气回路称为一次回路或一次接线系统。

二次系统可以指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备。如熔断器、控制开关、继电器、控制电缆等。由二次设备相互连接，构成对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路称为二次回路或二次接线系统。

电网运行包括暂态和稳态两种状态，平时处在稳定的运行状态时为稳态，稳态时电压、电流等参数以及各个设备的运行稳定有序；若在稳态条件下变电站拓扑结构或者运行状态发生改变、如突然电压升高、负载突然增加、设备突然故障等造成电网状态改变，在发生改变的这个时刻电网就进入了暂态过程，在这个过程中可能会出现过压、过流、过热等等情况，在变电站的实际运行中，二次系统在监控到这些情况后会启动保护措施切断一次系统的故障线路以及相关的某段或某几段线路；暂态过程只是暂时的，随着时间推移逐渐趋向稳态，因此经过一段时间后线路又达到了稳定即暂态过程结束进入稳态过程。

具体而言，一次系统的变化会引起线路上电压、电流等参数的变化，二次系统采集到一次系统的参数变化后若达到保护条件则启动保护，控制一次系统的相关操作。

在实际变电站运行中，某设备发生故障引起二次系统启动保护机制联动切断一次系统，现场检修人员可根据二次系统的动作和记录的数据进行故障定位、分析原因和排除故障等，而传统的电力仿真培训系统大多只能模拟电力系统局部的场景和设备，仅能够提供设备巡视的实景漫游，无法实现一次和二次系统的联动，因此不能实现真实的电站运行环境和工况模拟。

本发明变电站操作虚拟场景更新方法实施例1：

为了解决传统技术不能实现真实的电站运行环境和工况模拟，导致影响实际培训效果的问题，本发明提供了一种变电站操作虚拟场景更新方法实施例1；图1为本发明变电站操作虚拟场景更新方法实施例1的流程示意图；如图1所示，可以包括以下步骤：

步骤s110：在确认虚拟变电站系统当前出现暂态过程或暂态过程结束进入稳态时，对虚拟变电站系统进行暂态仿真，生成仿真数据；仿真数据包括虚拟变电站系统中一次模拟系统与二次模拟系统的电力运行参数；

具体而言，虚拟变电站系统可以指利用虚拟现实技术构建的基于实际变电站的三维模型(即变电站三维模拟系统)，能够实现变电站线路和设备的三维仿真、漫游与操作；虚拟变电站系统包括一次模拟系统和二次模拟系统；暂态仿真可以指对暂态过程进行计算。当虚拟变电站系统出现暂态过程或未达到稳态时，触发暂态仿真进程，对当前系统进行暂态仿真。

步骤s120：根据仿真数据，变更一次模拟系统、二次模拟系统的设备模型参数；

具体而言，在仿真的过程中，可以根据仿真结果与虚拟变电站系统的模型对象(即底层模型库存储的各模型数据)进行交互，修改设备模型对象参数，并在下一个仿真周期读入和使用改变了的一、二次设备模型参数。

步骤s130：根据预设的二次模拟系统保护条件，在确认变更了设备模型参数后的一次模拟系统与二次模拟系统发生联动操作时，控制一次模拟系统中相关的一次设备模型、二次模拟系统中相关的二次设备模型动作；

具体而言，可以通过检查二次系统中的相关数据(优选的，相关数据可以为二次系统中各传感器的数据)与二次系统的保护条件进行对比，判定是否有相关一、二次联动操作情况发生，有则控制相关一、二次设备动作并更新其状态，否则保证当前状态不变。

步骤s140：基于动作的结果，更新一次设备模型、二次设备模型的模型属性数据；

具体而言，模型属性数据可以包括设备模型的产品属性数据、状态属性数据、连接关系属性数据以及故障属性数据。由于本发明对虚拟变电站系统进行仿真，构建相应虚拟场景同样是基于底层模型库(即存储各模型数据的模型库)，因此当更新虚拟变电站系统中各设备模型的模型属性数据后，相应的一、二次状态也会反映到变电站仿真培训系统所构建的虚拟环境中，实现了一、二次联动的一体化仿真。

步骤s150：根据更新的模型属性数据，相应更新培训终端中虚拟变电站系统的当前虚拟场景。

具体而言，可以根据更新了属性后的模型，实时更新构建当前的虚拟场景并推送至终端层。在虚拟场景中更新状态有变化的各个设备的状态，从而将相应的一、二次系统的状态变化反映到沉浸式变电站仿真培训系统所构建的虚拟环境中并呈现给学员，从而实现一、二次系统联动的一体化仿真。

本发明变电站操作虚拟场景更新方法，可以根据实际变电站构建的三维仿真模拟场景和变电站一、二次系统相结合，在设备模拟操作中根据需要模拟变电站运行的动态过程，实时展现暂态过程造成的线路或设备影响，实现全方位一体化的培训。

在一个具体的实施例中，电力运行参数包括电压、电流、相位和功率因数；

确认虚拟变电站系统当前出现暂态过程的步骤包括：

在虚拟变电站系统处于稳态时，对比识别虚拟变电站系统的当前拓扑结构与前一次拓扑结构相比是否发生变化；

或

在虚拟变电站系统处于稳态时，对比识别虚拟变电站系统的当前运行状态与前一次运行状态相比是否发生变化；

在发生变化时，确认虚拟变电站系统当前出现暂态过程；

以及

确认虚拟变电站系统当前暂态过程结束进入稳态的步骤包括：

在虚拟变电站系统处于暂态过程中时，对比分析当前电力运行参数与前一次电力运行参数，得到参数变化数据；

获取参数变化数据的收敛误差，根据收敛误差判断虚拟变电站系统当前暂态过程是否结束且可进入稳态。

具体而言，本发明各实施例可以确认一次模拟系统(优先重点确认一次系统)以及二次系统(同时确认)是否处于稳态运行，二次系统中如果传感器出现故障，这时一次系统处于稳态，但二次系统是在瞬态，这个瞬态严重时也会造成一次系统的动作。如电压传感器突然坏了，10kv的电压突然测出20kv的结果，这时二次系统就会进入瞬态，如果二次系统的保护电压值设在10～20kv之间，则二次系统就会控制一次线路保护跳闸，这是电站运行的真实情景，而传统的培训系统没有考虑这些，无法实现一次和二次系统的联动操作虚拟场景的更新。

图2为本发明变电站操作虚拟场景更新方法实施例1中一次、二次系统联动操作的仿真流程示意图；如图2所示，可以通过在系统处在稳态时对比识别系统中一、二次系统拓扑结构或运行状态与上一个仿真时刻相比是否发生变化，以此判定系统是否出现暂态过程，或在系统已处在暂态过程时对比分析上两个仿真时刻的结果(即电力运行参数)并根据收敛误差判定是否达已到稳态而需退出暂态过程；当出现暂态过程或还未达到稳态时，触发系统开展暂态仿真流程，对当前系统进行暂态仿真。

在一个具体的实施例中，在确认虚拟变电站系统当前出现暂态过程或暂态过程结束进入稳态时，对虚拟变电站系统进行暂态仿真的步骤之前还包括步骤：

根据培训终端输出的仿真操作命令变更模型属性数据；

根据变更的模型属性数据，改变虚拟变电站系统的拓扑结构或运行状态，引发虚拟变电站系统出现暂态过程；仿真操作命令包括故障设置命令和仿真控制命令。

具体而言，培训终端可以通过c/s或b/s模式与虚拟变电站系统进行交互，通过点选一次模拟系统或二次模拟系统的任意设备对象，通过改变该设备对象的本质属性、状态属性、连接关系属性等动态改变线路拓扑结构或运行状态，人为引起暂态过程，造成一、二次系统动作，或者通过改变故障属性引起设备故障，造成一、二次系统动作来给予学员出考题。

在一个具体的实施例中，设备模型参数包括一次设备模型中输电线路模型的电流电压参数、变压器的功率参数、开关和连接点的温升参数，以及二次设备模型中相应电流传感器、电压传感器和温度传感器的测量参数。

在一个具体的实施例中，根据预设的二次模拟系统保护条件，确认变更了设备模型参数后的一次模拟系统与二次模拟系统发生联动操作的步骤包括：

获取二次设备模型中各传感器的数据；

检查各传感器的数据是否符合预设的二次模拟系统保护条件，并根据检查的结果确认是否发生联动操作。

具体而言，可以通过检查二次系统中各个传感器的数据与二次系统的保护条件进行对比判定是否有相关一、二次联动操作情况发生，有则控制相关一、二次设备动作并更新其状态，如开关的开合、电机的启停等等，否则保证当前状态不变。其中，优选的，预设的二次模拟系统保护条件可以是根据电网实际运行过程中二次系统实际启用的相关保护机制设置的。

在一个具体的实施例中，模型属性数据包括设备模型的产品属性数据、状态属性数据、连接关系属性数据以及故障属性数据；

产品属性数据包括以下数据中的任意一项或任意组合：额定电压、额定电流、额定功率、耐压水平以及最大通流容量；状态属性数据包括以下数据中的任意一项或任意组合：开关的闭合状态、电机的启停状态、灯的亮灭状态；连接关系属性数据包含虚拟变电站系统中各设备模型之间的连接关系；故障属性数据包含在培训终端操作虚拟变电站系统时可选取的故障数据。

具体而言，本发明各实施例中的变电站三维模拟系统中每个模型对象都必须至少具备产品本质属性，状态属性、连接关系属性、故障属性四个属性。本质属性用于产品性能的判定和参考，如额定电压、额定电流、额定功率、耐压水平、最大通流容量等等作为产品由厂家直接提供的描述其性能的属性，可从相关产品的铭牌上获得；状态属性用于各个系统之间交互和联动的状态传递，如开关的闭合状态、电机的启停状态、灯的亮灭状态等属性；连接关系属性用于构建大系统时单个模型对象的连接关系；故障属性用于培训出题时选取故障，也给予学员以归纳方式理解产品可能的故障。

本发明变电站操作虚拟场景更新方法，能够真实再现变电站的实际运行情况，而不是模拟一个或几个场景，使操作培训更加真实。同时实现一、二次系统的联动仿真，使培训更加贴近工作实际，可实现将培训场景直接套用在日常工作中，培训效果更加显著。

本发明变电站操作虚拟场景更新装置实施例1：

基于以上变电站操作虚拟场景更新方法各实施例的技术方案，同时为了解决传统技术不能实现真实的电站运行环境和工况模拟，导致影响实际培训效果的问题，本发明还提供了一种变电站操作虚拟场景更新装置实施例1，图3为本发明变电站操作虚拟场景更新装置实施例1的结构示意图；如图3所示，可以包括：

暂态仿真单元310，用于在确认虚拟变电站系统当前出现暂态过程或暂态过程结束进入稳态时，对虚拟变电站系统进行暂态仿真，生成仿真数据；仿真数据包括虚拟变电站系统中一次模拟系统与二次模拟系统的电力运行参数；

变更设备参数单元320，用于根据仿真数据，变更一次模拟系统、二次模拟系统的设备模型参数；

控制动作单元330，用于根据预设的二次模拟系统保护条件，在确认变更了设备模型参数后的一次模拟系统与二次模拟系统发生联动操作时，控制一次模拟系统中相关的一次设备模型、二次模拟系统中相关的二次设备模型动作；

更新属性数据单元340，用于基于动作的结果，更新一次设备模型、二次设备模型的模型属性数据；

虚拟场景更新单元350，用于根据更新的模型属性数据，相应更新培训终端中虚拟变电站系统的当前虚拟场景。

在一个具体的实施例中，更新属性数据单元340，用于根据培训终端输出的仿真操作命令变更模型属性数据；并根据变更的模型属性数据，改变虚拟变电站系统的拓扑结构或运行状态，引发虚拟变电站系统出现暂态过程；仿真操作命令包括故障设置命令和仿真控制命令。

需要说明的是，本发明变电站操作虚拟场景更新装置实施例1中的各单元模块，能够对应实现以上变电站操作虚拟场景更新方法各实施例的方法步骤，此处不再赘述。

本发明变电站操作虚拟场景更新装置，可以将虚拟现实沉浸式交互培训课件、根据实际变电站构建的三维仿真模拟场景和变电站一、二次系统相结合，在设备模拟操作中根据需要模拟变电站运行的动态过程，实时展现暂态过程造成的线路或设备影响，实现全方位一体化的培训。本发明能够真实再现变电站的实际运行情况，实现一次和二次系统的联动操作虚拟场景的更新，可以使操作培训更加真实。同时实现一、二次系统的联动仿真，使培训更加贴近工作实际，可实现将培训场景直接套用在日常工作中，培训效果更加显著。

本发明变电站仿真操作培训系统实施例1：

为了进一步说明本发明的技术方案，同时解决传统技术不能实现真实的电站运行环境和工况模拟，导致影响实际培训效果的问题，特以能够实际执行本发明变电站操作虚拟场景更新方法各实施例的变电站仿真操作培训系统为例，阐述本发明技术方案的具体实现过程。为此，本发明还提供了一种变电站仿真操作培训系统实施例1；图4为本发明变电站仿真操作培训系统实施例1的结构示意图；如图4所示，可以包括依次连接的培训终端410、仿真装置420以及模型存储装置430；

培训终端410向仿真装置420输出仿真操作命令，由仿真装置420根据仿真操作命令引发模型存储装置430中的虚拟变电站系统当前出现暂态过程；

仿真装置420在确认虚拟变电站系统当前出现暂态过程或暂态过程结束进入稳态时，对虚拟变电站系统进行暂态仿真，生成仿真数据；仿真数据包括虚拟变电站系统中一次模拟系统与二次模拟系统的电力运行参数；并根据仿真数据，变更一次模拟系统、二次模拟系统的设备模型参数；以及根据预设的二次模拟系统保护条件，在确认变更了设备模型参数后的一次模拟系统与二次模拟系统发生联动操作时，控制一次模拟系统中相关的一次设备模型、二次模拟系统中相关的二次设备模型动作；基于动作的结果，更新一次设备模型、二次设备模型的模型属性数据；根据模型属性数据，相应更新培训终端中虚拟变电站系统的当前虚拟场景。

具体而言，本发明提供了一种基于沉浸式虚拟仿真的变电站一、二次系统联动操作培训系统。可以将虚拟现实沉浸式交互培训课件和变电站一、二次系统相结合的全方位一体化培训方式。该方式能够真实再现现实世界真实变电站的实际运行情况，而不是模拟一个或几个场景，使培训更加真实。同时通过实现一、二次系统的联动，使学员的培训更加贴近日常工作实际，甚至可实现将培训场景直接套用于日常工作中，培训效果更加显著。

在一个具体的实施例中，模型存储装置用于存储变电站实际运行中的暂态过程数据和通过仿真获得的暂态过程数据。

具体而言，本发明的暂态过程库中的数据可以包括两部分：一部分由仿真所得，另一部分由实际运行所测。本发明各实施例的变电站系统是基于真实变电站构建，该变电站日常运行中，出现的暂态过程和线路拓扑结构皆会由总控中心记录，可将该部分数据导入仿真系统中，构建暂态过程库中的实际运行测试部分。另一部分通过相关仿真软件构建仿真模型，通过仿真获取数据，以供培训过程参考。

本发明变电站仿真操作培训系统实施例2：

为了进一步说明本发明的技术方案，同时解决传统技术不能实现真实的电站运行环境和工况模拟，导致影响实际培训效果的问题，本发明还提供了一种变电站仿真操作培训系统实施例2；变电站仿真操作培训系统实施例2与变电站仿真操作培训系统实施例1相比，进一步扩展了变电站仿真操作培训系统的架构，并细化了培训终端、仿真装置以及模型存储装置的内部结构部署，从变电站仿真操作培训系统实际运行过程说明本发明技术方案的实现过程。图5为本发明变电站仿真操作培训系统实施例2的系统架构示意图；

如图5所示，本发明变电站仿真操作培训系统实施例2在架构上可以包括三层：终端层、仿真计算层和模型层。

一、终端层可以包括学员终端和教员终端；

其中，学员终端用于学员和系统的交互，可以将学员沉浸于虚拟的场景中，通过对学员肢体运动的感知实现学员与系统的交互；具体的，本发明各实施的学员终端可以通过vr(virtualreality：虚拟现实技术)眼镜与沉浸式变电站仿真培训系统进行交互实现模拟环境，可以在学员视野中展现模拟的三维实体场景；通过传感器实时获取学员的头、手、眼以及其他人体行为动作数据，并通过获取和感知的数据与系统中的虚拟场景进行互动，实现学员与虚拟设备及场景的体感交互，以及提取系统一次原理图、二次原理图、设备信息等档案，供培训操作参考。

优选的，学员终端可以实现包括模拟环境、自然技能和语音通讯等功能；上述功能配合实现学员沉浸式虚拟仿真体验，并通过感知学员肢体运动进而与仿真系统进行交互，其中自然技能可以包括人的头部转动，眼睛、手势等人体行为动作。模拟环境是动态的实时三维立体逼真图像，模拟学员所处环境；自然技能是学员的头部转动，眼睛、手势、或其他人体行为动作的感知能力，并通过感知的结果与系统进行交互；语音通讯为模拟现实变电站中现场与控制中心的无线通讯。

进一步的，教员终端可以实现包括系统展示、考核评估和语音通讯等功能。具体的，系统展示可以同时展示一次系统、二次系统和学员当前视窗。考核评估用于系统管理控制、故障场景设置、结果评价等；语音通讯用于教员与学员之间的交互。同时，教员终端可以用于教员对仿真系统的运行的监视控制，发送全局的仿真控制命令(如训练开始、暂停、恢复、结束、重放)、教员操作命令、故障设置命令以及进行培训评估。

优选的，本发明各实施例的教员终端可以通过c/s或b/s模式与沉浸式变电站仿真培训系统进行交互，并通过学员当前视窗景象定位识别出当前虚拟场景的位置，并实时显示该场景对应相关一次模拟系统和二次模拟系统以及当前学员视窗景象。教员通过点选一次模拟系统或二次模拟系统的任意设备对象，通过改变该设备对象的本质属性、状态属性、连接关系属性等动态改变线路拓扑结构，人为引起暂态过程，造成一、二次系统动作，或者通过改变故障属性引起设备故障，造成一、二次系统动作来给予学员出考题。

二、仿真计算层是整个系统的核心，可以包括沉浸式变电站仿真培训系统和一体化联动仿真系统。

1、沉浸式变电站仿真培训系统用于对学员终端和教员终端的管理和交互，实现虚拟现实的三维仿真、漫游和操作，故障设置和模拟等功能；同时通过检查二次系统中各个传感器的数据来监视一次系统的状态，并根据二次系统的保护条件判定是否有相关一二次联动操作情况发生，有则控制相关一二次设备动作，否则保证当前状态不变；图6为本发明变电站仿真操作培训系统实施例2中沉浸式变电站仿真培训系统的架构示意图；如图6所示：

优选的，沉浸式变电站仿真培训系统可以包括虚拟场景仿真模块、调度模块和交互模块。

其中，虚拟场景仿真模块可以通过调用模型层的变电站三维模拟系统利用vr技术，构建变电站的虚拟三维模型，实现变电站线路和设备的三维仿真、漫游与操作；仿真过程中根据需要更新虚拟场景的设备状态并将更新后的虚拟场景推送至终端，即同时向学员终端和教员终端推送虚拟场景。

调度模块，用于建立变电站的电网模型，进行稳态潮流计算，模拟故障情况，同时接收教员终端的考核评价和出题指令、生成考核任务，根据考核任务通过交互模块修改模型的属性并通过虚拟场景仿真模块根据修改属性后的模型生成任务场景推送至学员终端；

交互模块，用于将终端与虚拟场景的交互转化成对模型属性的修改，通过对模型属性的检视和对比更新虚拟场景中相关设备的状态并将更新后的虚拟场景通过虚拟场景仿真模块推送至终端层实现虚拟交互。

具体的，交互模块可以通过接收终端层的交互命令对选择设备在模型层中的对应模型对象进行交互，修改模型对象的参数或状态等相关属性，然后将模型层中的所有模型属性数据读出，并与当前虚拟场景中模型属性进行对比，当有状态发生变化时更新虚拟场景中模型的状态；同时检查二次系统中各个传感器的数据与二次系统的保护条件进行对比判定是否有相关一、二次联动操作情况发生，有则控制相关一、二次设备动作并更新其在虚拟场景中模型的状态；最后将更新了属性后的模型交由虚拟场景仿真模块更新当前虚拟场景并推送至终端层。通过虚拟场景仿真模块、调度模块和交互模块三者的有机统一相互配合实现沉浸式交互模拟仿真。

2、一体化联动仿真系统用于识别系统模型的拓扑结构是否发生变化，若发生变化则控制系统进入暂态过程，触发暂态过程仿真，根据仿真结果修改一、二次设备运行参数，这里系统模型的拓扑结构的变化包括线路投切、负载投切、设备工作或停止的状态变化、设备发生故障与否等等会引起系统暂态过程的情况，是广义的拓扑结构。图7为本发明变电站仿真操作培训系统实施例2中一体化联动仿真系统的架构示意图；如图7所示：

优选的，一体化联动仿真系统可以包括系统拓扑状态识别模块、系统暂态仿真模块和模型状态交互模块。

其中，系统拓扑状态识别模块在系统处在稳态时对比识别系统中一、二次系统拓扑结构与上一个仿真时刻相比是否发生变化，以此判定系统是否出现暂态过程，或在系统已处在暂态过程时对比分析上两个仿真时刻的结果并根据收敛误差判定是否达已到稳态而需退出暂态过程；

优选的，系统拓扑状态识别模块可以判别操作者的操作引起的系统拓扑状态的变化和线路参数的状态变化，并保存变化前的状态参数并作为初始条件触发暂态仿真模块进行暂态仿真过程的计算，获取线路的暂态电压电流等参数。

在系统出现暂态过程或还未达到稳态时，触发系统暂态仿真模块工作，对当前系统进行暂态仿真，在仿真的过程中，根据仿真结果与模型层中的模型对象进行交互，修改设备模型对象参数，如输电线缆模型的电流电压参数、变压器的有功功率、无功功率、功率因素等参数、开关和连接点的温升参数等一次设备模型以及相应电流传感器、电压传感器、温度传感器的测量参数等二次设备模型；

进一步的，系统暂态仿真模块可以接受系统拓扑状态识别模块的触发命令和初始条件，并控制系统进入暂态，并在暂态过程结束时控制退出暂态进入稳态；在暂态仿真过程中可实时将仿真数据传递给模型状态交互模块。而模型状态交互模块可以接收系统暂态仿真模块的仿真数据，并根据仿真数据实时更新模型属性。

改变了的一、二次设备模型参数在下一个仿真周期中由沉浸式变电站仿真培训系统读入，通过检查二次系统中各个传感器的数据与二次系统的保护条件进行对比判定是否有相关一、二次联动操作情况发生，有则控制相关一、二次设备动作并更新其状态，如开关的开合、电机的启停等等，否则保证当前状态不变；最后由沉浸式变电站仿真培训系统更新虚拟场景中各个设备的状态，从而将相应的一、二次系统的状态反映到沉浸式变电站仿真培训系统所构建的虚拟环境中并呈现给学员，实现了一、二次系统联动的一体化仿真。上述过程所采用的算法流程可以如图2所示。

需要说明的是，本发明各实施例中的变电站三维模拟系统中每个模型对象至少具备产品本质属性，状态属性、连接关系属性、故障属性四个属性。本质属性用于产品性能的判定和参考，如额定电压、额定电流、额定功率、耐压水平、最大通流容量等等作为产品由厂家直接提供的描述其性能的属性，可从相关产品的铭牌上获得；状态属性用于各个系统之间交互和联动的状态传递，如开关的闭合状态、电机的启停状态、灯的亮灭状态等属性；连接关系属性用于构建大系统时单个模型对象的连接关系；故障属性用于培训出题时选取故障，也给予学员以归纳方式理解产品可能的故障。整个模型的场景仿真可以采用untiy3d三维引擎开发。

三、模型层是整个系统的基础层，供模拟仿真层调用，可以包括变电站三维模拟系统、一次模拟系统、二次模拟系统以及暂态库。

其中，变电站三维模拟系统为真实变电站的三维实体模型；一次模拟系统为变电站的一次系统原理模型；二次模拟系统为变电站的二次系统原理模型。

进一步的，暂态过程库用于存放操作中的暂态过程数据，以供学员在陪训过程中，操作某设备前，通过调用暂态过程库中的数据了解该操作所会引起的暂态过程，评估判定该操作是否合适，预估操作后果。

优选的，暂态过程库可以包括现实变电站中控系统活动的暂态过程数据和仿真获得的暂态过程数据。可供学员培训中进行某项操作时调用相应数据了解其操作的后果。具体而言，本发明各实施例中的暂态过程库可以包括两部分：一部分由仿真所得，另一部分由实际运行所测。本发明的变电站系统基于真实变电站构建，该变电站日常运行中，出现的暂态过程和线路拓扑结构皆会由总控中心记录，可将该部分数据导入仿真系统中，构建暂态过程库中的实际运行测试部分。另一部分通过相关仿真软件构建仿真模型，通过仿真获取数据，以供培训过程参考。

本发明变电站仿真操作培训系统实施例2，通过建设整合底层系统结构搭建全方位一体化的联动平台系统，以一种可以将虚拟现实沉浸式交互培训课件和变电站一、二次系统相结合的全方位一体化培训方式，真实再现现实世界真实变电站的实际运行情况，同时通过一、二次系统的联动，实现变电站三维模拟操作系统、变电站一次系统、变电站二次系统三者的状态统一，使学员的培训更加贴近日常工作实际，甚至可实现将培训场景直接原原本本套用在日常工作中，显著调高培训效果。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，包括以上方法所述的步骤，所述的存储介质，如：rom/ram、磁碟、光盘等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。